柴达木盆地北缘新元古代？前中生代几个重要不整合面地质特征及其构造意义马帅;陈世悦;孙娇鹏;贾贝贝;汪峰;崔绮梦【摘要】地层不整合接触是研究地质发展历史中构造演化及鉴定地壳运动特征的重要依据.通过大范围的野外露头观察与分析,根据不整合面(包括风化铝土层及铁质层)的发育特征,不整合面上下地层的岩性、产状、变质与变形程度等地质信息,在柴达木盆地北缘(简称\"柴北缘\")地区前中生界沉积地层中共识别出新元古界全吉群?达肯大坂群、下寒武统欧龙布鲁克组?全吉群、泥盆系牦牛山组?下古生界以及中生界?前中生界4个大的区域性角度不整合接触面(即4个Ⅰ级构造层序界面).这4个角度不整合面的形成均对应着区域性的构造反转事件,与周边大地构造边界的汇聚事件密切相关.在此基础上,根据不同构造带内地层、不整合的发育及分布特征,结合古生物、同位素年代学资料明确4个构造层序界面以及其制约的3个构造层序的时间跨度,建立地层(包括不整合面)?时间对应关系,并与前人建立的构造?岩浆?热年代格架进行对比,以此限定俯冲作用和碰撞造山的时限.【期刊名称】《大地构造与成矿学》【年(卷),期】2018(042)006【总页数】14页(P974-987)【关键词】柴达木盆地北缘;不整合面;新元古代‒前中生代;构造意义【作者】马帅;陈世悦;孙娇鹏;贾贝贝;汪峰;崔绮梦【作者单位】中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580;大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,陕西西安 710069;中国石化胜利油田东胜公司,山东东营 257100;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】P542不整合面作为地层接触之间的大陆剥蚀面, 具有明确的构造意义。
它不仅记录了一个地区在不同地质历史中的沉积间断, 并反映了各种尺度沉积单元的缺失, 同时作为划分构造层序及构造演化阶段的重要事实依据, 是盆地原型恢复的关键标志(马云等, 2013; Zhao, 2016)。
按照Mitchumhe and Vail的时间跨度划分方案, Ⅰ级层序、也称构造层序, 时间跨度为120~60 Ma, 单一构造层序的底、顶界面均为区域范围构造成因的角度不整合面, 这些不整合面均为构造演化过程中应力场转换的地质响应, 每个Ⅰ级层序均可视作“包括盆地演化各阶段的原形盆地完整的沉积充填序列”(Cross an d Lessenger, 1998; 郑荣才等, 2000)。
从构造层序的定义及主要控制因素来看, 一个特定构造层序形成于特定的大地构造环境, 具有近乎一致的盆山格局以及沉积充填特征(Lu et al., 2002; Rogers and Santosh, 2002)。
通过对关键构造不整合界面的识别进行Ⅰ级层序划分, 以构造层序为基础分析单元, 进一步讨论盆地类型、盆‒山格局及转换, 是初级含油气盆地勘探阶段盆地分析以及构造‒古地理研究的重要研究内容(Potter and Pettijohn, 1963; Allen and Allen, 2005; 陈为佳等, 2014; 田树刚等, 2016)。
为此, 本文在大范围野外露头及填图尺度的Ⅰ级构造层序不整合面识别基础上, 结合前人研究成果, 从不同类型造山过程中沉积响应的角度去探讨各不整合面的成因及以此限定俯冲作用和碰撞造山的时限,对合理构建柴达木盆地北缘(以下简称柴北缘)地区新元古代‒中生代构造演化模式及柴北缘构造带复杂造山作用具有重要意义。
柴北缘地区位于柴达木盆地东北部德令哈周边地区(坐标位置: 93°30′~99°00′E, 36°40′~38°40′N), 整体夹持于柴达木盆地北缘断裂带与祁连山南缘断裂带之间, 东西两侧被鄂拉山‒温泉走滑断裂及阿尔金断裂带切断(王惠初, 2006), 属柴北缘块断带的亚一级构造单元。
地球物理资料表明, 柴北缘地区由一系列NWW-SEE向展布的次级凹陷及断裂带组成。
从大地构造角度来看, 潘桂棠和李兴振(2002)将柴北缘地区划分为柴北缘早古生代结合带、欧龙布鲁克微板块以及宗务隆山晚古生代‒早中生代裂陷槽三个次级构造单元。
王惠初等(2003, 2005)考虑到柴北缘早古生代结合带内物质组成、变质变形以及岩浆活动的差异, 进一步将柴北缘构造带划分为滩间山岛弧带及鱼卡‒沙柳河高压‒超高压变质带, 并将西部达肯大坂一带单独划分为达肯大阪弧后盆地, 以此5个地质单元构成了本次研究所涉及到的柴北缘地区前中生代“拼盘”基底(图1)。
研究区主体部分的基底具有典型的双层结构模式(吴锁平, 2008), 早期的研究一般将前中生界均视为欧龙布鲁克板块基底。
其中将由角闪岩相的各类片麻岩、混合岩组成的达肯大阪群看做前新元古代结晶基底(张雪亭, 2006), 但现阶段的研究结果表明早先定义的达肯大阪群涵义不清, 已被肢解(赖绍聪和邓晋福, 1996; 陆松年等, 2002a; 辛后田和陈能松, 2002), 原“达肯大阪群”至少包含古元古代早期德令哈杂岩、古元古代晚期‒中元古代形成的以副变质岩为主的高级变质岩系、新元古代花岗片麻岩、含大量榴辉岩包体的鱼卡河或沙柳河岩群四类组合(陆松年等, 2002b)。
而新元古界全吉群和古生界则被看做浅变质沉积岩基底(陈世悦等, 2000; 彭渊等, 2015),事实上该区新元古界及古生界大多未发生变质。
青海省地质矿产局(1991)及李怀坤等(2003)对新元古界全吉群进行了相关分析, 基于对全吉群内玄武岩夹层岩石地球化学及同位素年代学的研究认为全吉群属裂陷槽性质沉积建造, 随着柴北缘构造带裂陷的持续进行及海平面持续上升, 裂陷槽内先后发育陆相碎屑岩沉积(麻黄沟组)、无障壁碎屑海岸沉积(枯柏木组及石英梁组), 进而过渡到浅海碳酸盐岩沉积(红藻山组、黑土坡组及皱节山组), 形成了由碎屑岩→碳酸盐岩、陆相→海相的一个完整沉积旋回(图2)。
研究区古生界可分为稳定型沉积建造及活动型沉积建造两大沉积类型。
其中稳定型沉积建造主要分布于欧龙布鲁克板块, 自下而上可划分为寒武系欧龙布鲁克群, 下奥陶统多泉山组(O1d)、石灰沟组(O1s), 泥盆系牦牛山组(Dm), 下石炭统城墙沟组(C1ch)、怀头他拉组(C1h), 上石炭统克鲁克组(C2k)、扎布萨尕秀组下段(C2zh)(图2), 由于受到加里东期造山作用以及志留纪陆‒弧‒陆碰撞的影响, 中奥陶统‒志留系均被剥蚀(孙娇鹏等, 2015b)。
陆源碎屑供给不足是研究区寒武纪‒早奥陶世最主要的沉积特点, 从岩性组合来看, 研究区早古生代主要发育一套海相碳酸盐岩沉积建造, 仅在寒武系底部以及下奥陶统存在细粒陆源碎屑沉积, 可划分为碳酸盐岩台地与复理石盆地两大沉积体系(马帅等, 2016)。
研究区泥盆系牦牛山组为一套初始裂谷体系下的磨拉石建造, 具火山岩夹层, 属于冲积扇沉积体系; 石炭纪‒早二叠世早期整体为被动大陆边缘环境下碎屑岩‒碳酸盐岩混合沉积建造, 生物化石丰富, 未见中基性火山岩发育, 显示出相对稳定的构造背景, 进一步可分为砂砾质碎屑海岸沉积体系、浅海碳酸盐岩台地沉积体系及陆表海环境下碎屑岩‒碳酸盐岩混合沉积体系(孙娇鹏等, 2014a)。
活动型沉积建造包括柴北缘构造带内发育的中上寒武统‒奥陶系滩涧山群, 以及宗务隆构造带内发育的泥盆系鱼北沟群、石炭系‒二叠系土尔肯大阪群‒宗务隆山群(图2)。
其中滩涧山群岩石类型以浅变质的中基性火山岩为主, 可见少量碎屑岩及碳酸盐岩沉积, 岩石组合具岛弧背景的建造特点, 地球化学特征也显示出火山弧的构造属性(王惠初等, 2003)。
宗务隆构造带晚古生代岩石单元由海相浅变质砂泥岩‒灰岩沉积及火山岩组成, 各岩片之间多为断层接触。
根据构造属性的差异, 以鄂拉山‒温泉走滑断裂为界可分为东西两支: 西部土尔肯大阪‒宗务隆山一带自下而上完整发育泥盆系鱼北沟群、石炭系‒二叠系土尔肯大阪群‒宗务隆山群, 晚古生代‒早中生代花岗岩岩体不发育, 而且蛇绿岩并不发育; 鄂拉山以东的南山一带则发育代表洋壳残片的蛇绿岩以及与洋陆俯冲、陆陆碰撞有关的花岗岩体(王毅智和陆海莲, 2001; 郭安林等, 2009)。
研究区自中生代以来, 分别沉积了侏罗系小煤沟组(J1x)、大煤沟组(J2d)、采石岭组(J3c)及红水沟组(J3h), 下白垩统犬牙沟组(K1q)。
小煤沟组和大煤沟组均为一套陆相煤系地层, 在柴北缘构造带、欧龙布鲁克板块以及宗务隆构造带内均有分布, 岩石类型为暗色页岩、泥岩和泥质粉砂岩夹砂岩及少量煤层, 富产植物化石, 沉积体系包括辫状河三角洲、扇三角洲以及湖泊‒沼泽沉积体系。
上侏罗统采石岭组和红水沟组主要为红色陆相地层, 采石岭组主要发育砂、砾岩夹泥岩, 而红水沟组以粉砂岩夹泥岩、砂岩沉积为特点, 属于湖泊‒河流沉积体系(图2)。
野外剖面的观察与分析表明, 柴北缘地区新元古界全吉群底部角度不整合接触面、风化铝土层以及铁质层等地质特征较为清晰(图3), 该不整合面构成了新元古界构造层序的底界。
不整合面之下为古元古代达肯大阪群, 地层在不同地区岩性有所不同, 主要以片岩、片麻岩及混合岩为主, 具较深的变质程度, 部分地区存在花岗岩侵入现象。
上覆为新元古界全吉群第一个岩组——麻黄沟组, 岩性以含砾长石石英粗砂岩与含砾不等粒石英砂岩互层为特点, 未发生明显的变质作用(青海省地质矿产局, 1991)。
从产状来看, 下伏达肯大坂群的倾向在40°~60°之间、倾角50°~80°, 上覆地层倾向10°~135°、倾角30°~40°, 二者倾向及倾角存在明显差异。
另外, 达肯大阪群岩石多具有较深的变质程度, 部分露头变质阶段可达混合岩化, 而且变形与断裂较为发育, 且全吉群砂砾岩组中含下伏变质岩的物质成分, 不整合面未见后期断裂构造的迹象。
从平面分布来看, 该不整合面在欧龙布鲁克山、全吉山以及大煤沟3个地区均有出露, 属区域性角度不整合接触面(图4)。
从岩性、变质与变形等特征的差异来看, 达肯大阪群属结晶基底, 而麻黄沟组(全吉群)具有明显的稳定盖层沉积特征, 达肯大阪群‒全吉群之间的不整合接触面具有划分构造旋回的意义。
现有研究一致认为该不整合接触面以及出露在鱼卡‒沙柳河高压‒超高压变质带内的新元古代花岗片麻岩等均是Rodinia超大陆聚合在研究区地质响应的一部分, 并将研究区中元古代‒新元古代之交的构造事件称之为晋宁运动或晋宁期汇聚事件, 同时强调了与华南(扬子)板块的亲缘关系(青海省地质矿产局, 1991; 葛肖虹和刘俊来, 2000; 陆松年等, 2002b; 王惠初, 2006; 辛后田等, 2006; 陈能松等, 2007; 许志琴, 2007; 任军虎, 2010)。